É clichê descrever algo muito barulhento como "mais alto do que um motor a jato". Mas motores a jato supersônicos, como aqueles poderosos caças pilotados pelos militares dos EUA, são muito mais barulhentos do que os motores a jato normais que os cientistas têm um termo especial para seu som - "ruído associado ao choque de banda larga".

Agora, uma equipe de professores e alunos do Departamento de Engenharia Aeroespacial da Universidade de Kansas projetará e testará tecnologias inovadoras para reduzir o ruído de jatos militares supersônicos. O Programa de Pesquisa e Desenvolvimento Ambiental Estratégico do Departamento de Defesa dos EUA (SERDP), o programa de ciência e tecnologia ambiental do DoD, está apoiando um ano, $ 200, 000 esforço em KU, com potencial para expandir esse suporte nos próximos anos.

"Este projeto testará ideias para reduzir o ruído do jato de aeronaves militares supersônicas, "disse Z.J. Wang, Spahr Professor de Engenharia Aeroespacial na KU, quem está liderando o novo esforço. "No momento, o ruído é tão alto que afeta a saúde do pessoal que trabalha nas proximidades da aeronave e das pessoas que moram perto da base militar. Este é um problema desafiador, e sugerimos algumas novas idéias que têm potencial. "

Os colaboradores KU de Wang no trabalho são Saeed Farokhi, Ray Taghavi, Huixuan Wu e Charlie Zheng - todos membros do corpo docente do departamento de engenharia aeroespacial.

Os pesquisadores vão investigar o potencial de instalação de palhetas dentro do bocal de saída do motor a jato para criar "redemoinho de camada de cisalhamento" que promove a mistura do escapamento do jato com o ar circundante, cortando assim o ruído.

O time, estudando dinâmica de fluidos computacional e aeroacústica computacional por meio de supercomputadores e conduzindo pesquisas em ruído de jato de física de fluxo fundamental e medições acústicas no Garrison Flight Research Center do departamento de KU, terá como objetivo uma redução ambiciosa de três decibéis no ruído do jato, o que na verdade corta a potência acústica pela metade.

"Redemoinho é o movimento rotacional do fluxo, "Disse Wang." Quando o escapamento do jato supersônico explode do bico da aeronave, normalmente é direto - haveria pouco ou nenhum redemoinho. A ideia aqui é gerar algum movimento rotacional estratégico na saída para melhorar a mistura do jato com o ar estacionário circundante para reduzir o ruído supersônico do jato. Muitos estudos de mitigação de ruído mostram que esse tipo de mixagem pode reduzir o ruído. "

De fato, misturar o fluxo de saída do jato com o ar ambiente para reduzir o ruído não é uma ideia nova. Jatos comerciais têm usado dispositivos nas bordas dos bicos de jato por anos para obter um efeito semelhante de corte de ruído. Mas de acordo com Wang, a tecnologia usada em jatos subsônicos não é tão eficaz para os caças supersônicos das Forças Armadas dos EUA.

"Aviões comerciais têm usado o bico em forma de dente de serra - para reduzir o ruído, "disse ele." Para aeronaves subsônicas, esse conceito tem se mostrado muito eficaz, então é quase universal em aviões comerciais hoje em dia. Mas esse conceito não é tão eficaz para jatos supersônicos. Aqui, estamos tentando melhorar a mistura com a produção estratégica de fluxo rotacional. Acho que ninguém testou essa ideia ainda neste ambiente. As palhetas de geração de redemoinho serão integradas dentro da parede do bico para gerar o nível desejado de fluxo rotacional. "

Um desafio de design que os pesquisadores da KU enfrentam é como gerar estrategicamente turbulência suficiente no fluxo de saída do jato supersônico para cortar o ruído e, ao mesmo tempo, minimizar a perda de empuxo do jato.

"As palhetas de redemoinho inevitavelmente bloquearão o fluxo e produzirão um certo arrasto, então haverá alguma perda de desempenho em termos de empuxo, "Nossa ideia na injeção de turbulência estratégica é minimizar essa perda e, ao mesmo tempo, maximizar a redução do ruído do jato", disse Wang.

A equipe investigará a possibilidade de ajuste das palhetas de redução de ruído para uma posição neutra após a decolagem de um jato supersônico, portanto, os motores a jato operam com uma perda muito pequena de potência, uma vez que a aeronave está na altitude de cruzeiro.

"As palhetas podem ser ajustadas para a posição puramente axial, com quase zero de penalidade em termos de empuxo, "Wang disse." Você essencialmente conseguirá o impulso total. "

O conceito é baseado em investigações anteriores por membros da equipe, Disse Wang.

"Os professores Saeed Farokhi e Ray Taghavi publicaram vários trabalhos sobre a mistura aprimorada de jatos giratórios com aplicação a combustível e ar para maximizar a eficiência de combustão do motor por meio de turbulência, "disse ele." Foi provado experimentalmente que era eficaz. Então, quando a chamada do DoD para uma proposta veio e nós cinco estávamos interessados, tivemos algumas sessões de brainstorming e observamos que o mecanismo das divisas era apenas uma mixagem aprimorada - portanto, sabíamos que o redemoinho da camada de cisalhamento embutida pode ter potencial na redução do ruído do jato supersônico. "

A concessão também ajudará a treinar uma nova geração de engenheiros aeroespaciais por meio de experimentos no centro de pesquisa de voo da KU e modelagem de computador em duas instalações - o Centro KU para Computação de Pesquisa e o Centro Nacional para Aplicações de Supercomputação (onde uma doação separada para Wang garantiu 200, 000 horas de nó de tempo de computação no Blue Waters, um dos maiores supercomputadores do mundo).

"Estamos contratando dois alunos de doutorado, um aluno de mestrado e um pesquisador de graduação, "Disse Wang." Esses alunos farão experimentos e cálculos, trabalhando em estreita colaboração com o corpo docente. Este projeto em tecnologias avançadas e conceitos inovadores fornecerá uma experiência valiosa para nossos alunos que podem moldar seu futuro. "